标签: 燃料电池

氢燃料电池作为一种清洁能源技术，具有高能量密度、零排放和快速加注等优势，已被全球大部分国家和地区列为实现碳中和的关键路径之一。目前，我国已经制定了《氢能产业发展中长期规划（2021-2035年）》，同时大多数地方政府也出台十四五规划等政策，明确提出到2025年底至少要实现11.8万辆燃料电池汽车和1,200座加氢站的推广目标，并且建立了五个示范城市集群。此外，为促进我国氢能产业的发展，政府通过给予加氢、氢燃料电池汽车和关键零部件补贴的方式来推动落地。 从产业现状来看，我国已基本形成了从制氢-储运氢-加氢到燃料电池汽车整个链路的完整产业链。 在氢气制备方面 ，中国已经拥有相当成熟的技术。目前主要包括煤炭、甲醇重整制氢等灰氢技术，以及先进电解水制氢的绿氢技术。其中，灰氢是目前我国最主要的氢气来源。同时，中国也在积极规划和发展绿氢技术。据公开资料显示，中国已披露的绿氢项目超过200个。由于碱性电解槽技术路线投资成本低、使用寿命长，是当前主要电解水制氢方案。 在储氢方面 ，高压气态储氢已经商业化运营。而液态储氢技术目前主要应用于化工产品制备（如液氨、甲醇等）或航天（如液氢）。在车载储氢方面，35MPa-III型瓶是当前市场的主力，占比超过90%。然而，随着《车用压缩氢气塑料内胆碳纤维全缠绕气瓶》国家标准的发布和实施，IV瓶有望加速上车验证。我国多家企业提早进行了IV型瓶的布局工作，例如浙江蓝能(与彼欧成立合资公司)、斯林达(被佛吉亚收购)、未势能源、国富氢能、中材科技等已完成了相关生产线的布局。值得一提的是，斯林达和中材科技已取得IV型瓶的生产许可。 在氢气运输方面 ，目前主要采用长管拖车的方式，因为它能够较好地满足示范运营期间小规模氢需求。然而随着我国中东部地区对氢能需求规模逐渐增加，如何将西北风光资源较好地区的氢气通过长距离运输至中东部地区将变得尤为重要。管路运输（天然气掺氢或高压氢气管路）和西电东送等方式是解决长距离运氢的有效途径，目前国内已启动超过20个管路运输气态氢的项目。从长远来看，氢气的运输方式将呈现多样化，包括短途拖车、中长距离管道和远洋船舶等。 在加氢站建设方面 ，截至2023年上半年，我国已建成加氢站385座，在运营的加氢站有259座，已覆盖全国29个省市自治区，其中排名前五的省份分别为广东省、山东省、河南省、河北省、江苏省，合计占比 45.5%。另外，在运营加氢站加注压力方面，35MPa加氢站占比86.5%，35MPa/70MPa加氢站也有24座，主要集中在河北、北京和上海等地。 在氢燃料电池汽车应用方面 ，得益于五大示范城市群的推动，我国氢燃料电池汽车无论是公告数，还是上险量数均大幅攀升。如2022年我国氢燃料电池上险量首次突破5,000辆大关，2023年上半年也有2,262辆。 在氢燃料电池系统方面 ，我国已培育出了大量的燃料电池系统、燃料电池电堆和燃料电池BOP供应企业，近几年，在示范区产业集群共同发展的情况下，我国燃料电池系统配套市场竞争异常激烈。从TOP3和TOP5的系统供应商来看，2021年和2022年位于产业第一的亿华通在2023年上半年出货量位于第五位，且TOP3和TOP5的市场份额也在逐年下降，被其他燃料电池系统供应商抢占。 在趋势方面，丰富应用场景、降本增效等是发展大方向。 如在降本方面，当前国内燃料电池系统成本均价大约在3,000元/kW，虽然较前两年出现了大幅度下降，但还是难以承受。因而降本将成为长期发展的驱动力，推动国产替代和技术创新以及规模化发展是常见的降本策略，如在国产替代方面，加快突破催化剂、质子交换膜、碳纸等核心关键系统的国产验证，逐步提高国产替代率，到2030年实现全国产化；在关键系统创新方面，面对铂催化剂的成本占比大，降低铂用量或者替代成为重要技术发展方向（目前主要研究的有采用非铂贵金属催化剂（如钯基催化剂）乃至非贵金属催化剂（如金属氮碳型催化剂（M-N-C））；而在规模化方面，预计到2030年我国氢燃料电池汽车保有量有望达到百万辆级，通过上述的策略实施，预计到2030年，燃料电池系统成本有望降至500元/kW。 我国氢燃料电池产业仍处于示范运营的早期阶段，而且由于加氢站建设投入大、氢安全等问题以及成本高昂，绿氢制备和长距离储运等技术难题的存在，使得我国氢燃料电池汽车的普及速度相对较慢。然而当前的示范培育，已推动我国氢燃料电池产业逐步形成完整的产业链和技术体系，再加上我国逐渐明确的氢能发展战略，我国氢燃料电池汽车产业将迎来更广阔的市场空间和发展机遇。未来，通过继续加强政策引导、产业培育和企业创新，我国氢燃料电池产业有望取得长足发展。 相关学习推荐：新能源热点技术开发及项目管理—盖世大学堂

为未通电地区提供能源：推动燃料电池技术的发展 GenCell是一家由TDK集团的风险投资（CVC）公司—TDK Ventures资助的以色列初创公司，该公司正在努力寻找解决方案，通过开发使用氢气和氨的燃料电池*1，为未通电地区提供清洁能源。 “确保人人获得可负担、可靠和可持续的现代能源。”是联合国可持续发展目标(SDG)之一。但世界上仍有许多地区无法获得便利的电力供应，这一严重问题也阻碍着当地的经济增长。GenCell是一家由TDK集团的风险投资（CVC）公司—TDK Ventures资助的以色列初创公司，该公司正在努力寻找解决方案，通过开发使用氢气和氨的燃料电池*1，为未通电地区提供清洁能源。 根据国际能源署 (IEA) 的数据，截至 2019年，有超过 7.5 亿人无法获得电力。在电网不发达的地区，人们难以获得照明、通信、医疗保健、教育和其他机会，同时也大大阻碍了经济发展。在这些地区，主要通过燃烧化石燃料的柴油发电机提供电力，而CO2 的排放会对环境造成影响，这点也引起了人们的担忧。 以色列燃料电池初创公司GenCell在其#SayNoToDiesel（拒绝柴油）使命的推动下，致力于开发燃料电池，为未通电地区提供清洁能源。CEO Rami Reshef介绍道：“如今，有超过 120 万个电信塔位于电网不足的地区（主要在农村地区），据报道，其中大量电信塔是由柴油发电机供电的。通过向这些地区提供零排放*2电力，GenCell希望能够在促进区域发展的同时，推动脱碳。” 燃料电池可将氢气转化为电能，同时其作为一种易维护且不排放温室气体的清洁能源而备受关注。然而，在燃料电池能够被广泛应用之前，必须解决两个问题。 第一个问题是燃料电池的生产成本较高。这是因为在传统燃料电池中，使用了昂贵的金属催化剂（如铂）以加速化学反应。第二个问题是储存和处理氢气的费用较高。由于氢气重量轻，体积大，因此需要大量的能源和资金来压缩气体或将温度降低至-253℃，以使其液化，从而方便运输。实际上，使用氢气所需的大部分费用与基础设施和运输相关。 为解决上述问题，GenCell发明了一项专利技术，可用于制造 无铂的燃料电池 。该公司已经创造了一项无需使用贵金属的电极量产工艺，为燃料电池的低成本生产铺平了道路。此外，GenCell最大的突破是开发了一种 紧凑型氨裂解装置 ，用于通过液态氨按需合成氢气*3，效率比传统方法高十倍。这使得氢气能够以氨的形式储存和运输，更为简单经济，与纯氢气相比更易获得，从而降低了储存和操作成本。 Reshef表示：“通过开发能够提取氢气的低成本技术，我们已成功将使用氢气燃料的成本降低至全球预测十年后才能实现的水平。我们已经成功克服了阻碍燃料电池成为主流的两个障碍”。 “拒绝柴油—我们希望通过我们的技术提供零排放电力。” ——Rami Rashef, CEO, Gencell Ltd. 此外，GenCell还致力于开发一种生产 “绿色氨 ”的低成本技术，这种氨是通过利用可再生能源生产的，在合成过程中不排放 CO2。一旦该技术得到完善，将有可能不再依赖电网生产绿色氨，进而又将为燃料电池供电提供所需的氢，创造一个完全绿色的电力解决方案。 Reshef继续说道：“我们基于绿色氨技术的能源系统将具备坚固耐用、高度可靠、低维护和零排放的特点。一个12吨的氨气罐将能为一个电信塔提供365天全天候24小时的电力。我相信，通过向未通电地区的人们提供清洁能源，我们最终可以推动解决广泛的教育、医疗、经济和安全问题。” ① 氨裂解装置（通过氨产生氢气的装置） ②4千瓦燃料电池发生器 ③用于调节功率输出的能量桥 ④散余热的热利用单元 *1 - 燃料电池 ：以氢气为燃料并与空气中的氧气反应产生电力的装置。燃料电池作为一种仅排放水的清洁能源引起了广泛关注。 *2 - 零排放： 不涉及 CO₂ 和氮氧化物 (NOx) 等温室气体的排放，这些温室气体会引起气候变化并产生各种影响。 *3 - 氨： 除其他优点外，氨可以高效储存能量，并且可以在室温下以液体形式储存。此外，氨作为基本的化学品和化肥原料已达到批量生产规模，因此氨的运输和储存设施及相关技术知识都十分充沛。

美国麻省理工学院(MIT)近日在最新的美国国家科学院(National Academy of Sciences，NAS)期刊发表了以 人造光合作用技术 (artificial photosynthesis technologies)为基础的永续性科技蓝图；该份详细的科学分析文件，为新一代 节能技术 建立了基准，并列举了建立以人造光合作用为基础的永续性“ 氢经济(hydrogen economy)”所需的技术研发成果。   MIT表示，有兴趣的工程师们可通过(   该文件   )来了解目前相关技术的情况，以及如何让那些技术实际运用、降低成本以及商业化。“最值得注意的是，这个我们形容为“出发点(starting point)”的技术是已经获得公认；”MIT教授Tonio Buonassisi指出：“我们也提出所有的挑战，因此科学研究人员与工程师可开始实验性地应对每个挑战。” 该技术蓝图是Buonassisi与前任MIT教授Daniel Nocera (现任职哈佛大学)、前MIT博士后研究员Mark Winkler(现任职IBM)，以及前任MIT博士后研究员Casandra Cox(现任职哈佛大学)等人的合作成果。这些研究人员已经制作出一个人造光合作用的概念验证原型，在NAS发表的论文则是第一次提出可实现的技术蓝图。 在自然界，植物透过光合作用将自然资源──水以及吸取自土壤的养分──转换成称之为三磷酸腺苷(adenosine triphosphate，ATP)的“燃料”，可储存起来并在植物进行代谢时提供所需能量。根据MIT的论文，第一代人造光合作用技术采用的 光电电池 (photovoltaic cells)外面涂布了化学催化剂，能最优化将水透过电解作用转换为 氢燃料 的过程；然后再利用燃料电池将储存的氢燃料转换成可用电力。 图A是采用直接光电耦合的电化学电池电路；一边是单个光电电池(图B左)，一边是三个指叉型光电电池(图B右)   据了解，目前的人造光合作用技术转换效率不到5%，但研究人员预期，若该技术依循蓝图发展，未来采用标准 晶硅太阳能电池 的效率可超越16%，若采用砷化镓(GaAs)材料甚至可达到18%的转换效率。MIT的技术蓝图将不同型态的新一代光电电池以及化学催化剂相互搭配，并提出将电池堆叠起来的多种方法，以最优化电解作用、达到更高的电压。 该技术蓝图也记载了如何同时通过化学方法与物理架构──例如交错排列的平面(interleaved plate)──来降低电解质(electrolyte)的阻抗，以维持渐进式的效率提升。MIT研究专案的赞助者还包括美国国家基金会(NSF)、美国空军科研办公室(the Air Force Office of Scientific Research)、新加坡国家研究基金会(MIT与新加坡的研发联盟) ，以及Chesonis 家族基金会。   本文授权翻译自EE TIMES，谢绝转载   原文链接：http://www.eet-china.com/ART_8800682470_628868_NT_561ef59a.HTM  

虽然RIM最近少有新的产品推出，但是远在滑铁卢的RIM工程师们并没有停下手中的工作。最近在美国专利局又通过了一项RIM申请的专利，内容就是燃料电池。该技术试图将燃料电池引入移动设备，来帮助设备在续航方面有所改善和突破。     电池放置的位置位于键盘与主板之间。专利说明原文如下： A mobile device having: a keyboard; a printed circuit board having at least one contact responsive to the keyboard; and a fuel cell assembly having: a fuel cell located between the keyboard and the printed circuit board, the fuel cell having a membrane and at least one aperture corresponding with the at least one contact; a tank adapted to store a fuel for the fuel cell; and piping connecting the tank with the fuel cell, where the fuel cell ventilates through the keyboard. Alternatively, the fuel cell acts as the printed circuit board and at least one contact for the keyboard is printed onto the fuel cell.   据了解， 燃料电池和锂离子（聚合物）电池的区别是，前者将化学能转为电能，需要补充反应物。   燃料电池(FuelCell)是一种将存在于燃料与氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电装置。燃料和空气分别送进燃料电池，电就被奇妙地生产出来。它从外表上看有正负极和电解质等，像一个蓄电池，但实质上它不能“储电”而是一个“发电厂”。简单地说就是利用化学反应电荷转移发电。这样应该就能解决容量问题，但问题是反应物的填充，就像需要加油站作支持一样，好处就是，用完补充就可以了。不用等待充电。   资料收集整理：Ana Hu

根据美国能源部(DoE)阿冈国家实验室(Argonne National Laboratory)的工程师表示，只需为藻类增加一点人造 纳米 粒子催化剂，这些藻类即可由阳光和水产生 氢燃料 。工程师们解释，通过使藻类利用阳光中的能量以进行光合作用，能够让 藻类植物 产生丰沛的燃料，并加速推动现正兴起中的 氢经济 。   在阿岗国家实验室化学家Lisa Utschig与其同事David Tiede的合作带领下，该实验室的光合作用团队最近展示如何连接其白金纳米粒子与藻类植物中重要的蛋白质，以诱发其产生比先前世界记录中更高五倍效率的氢燃料。   光合作用通常会为植物带来一种天然的燃料，如腺甘三磷酸，这种燃料能够一直储存到植物生长或呼吸所需之时。但是，阿岗国家实验室团队透过调整其周期与纳米粒子催化剂后，希望能重新利用海藻来产生可储存的氢燃料，甚至最后还能应用于产生电力的 燃料电池 。   过去50年来，阿岗家实验室的光合作用小组一直致力于研究光合作用的反向工程。该团队目前的成果着重于藻类蛋白的质体蓝素，这是植物形成第一次光合作用(简称PS1)的基础。当光线开始进行PS1时打中一个电子，并留下了一个可让研究团队用于将水分离为氢和氧的洞。透过在PS1机制中添加白金纳米粒子催化剂后，该研究团队成功地制造出丰富的氢气。   接下来，阿岗国家实验室的研究人员们将试着尽量减少使用昂贵的金属，以降低制造纳米粒子的成本，从而可能打造出更便宜的系统，以便能够在工业级的规模上利用阳光与水来产生氢气。   化学家Lisa Utschig测试一罐用于连接白金纳米粒子的光合蛋白质，使其可从阳光中产生氢气。从容器的右侧即可看到细微的氢气泡产生。   《电子工程专辑》网站版权所有，谢绝转载   原文链接： http://www.eet-china.com/ART_8800643391_628868_NT_23e1e91f.HTM